【正文】 明書 第 5 頁 共 18 頁 由于 平均傳熱溫差校正系數(shù)大于 ，同時殼程流體流量較大，故取單 殼 程合適。 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依《化工單元過程及設備課程設計》 P62，公式 39可 依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 22643 4 / ( 11. 36 360 0 63 85 20 84 is iiVndu??? ? ???）(根 ) 按單程管計算，所需的傳熱管長度為 ????? si ndSL ? m 按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。根據(jù)《傳熱傳質過程設備設計》 P14，公式 12， 則估算的傳熱面積為 m39。 m2 m3 四、 傳熱過程工藝計算 估算傳熱面積 空氣的質量流量為 m i = 60 Vi’ Ai(0℃ ,1atm)=60 83= kg/h 根據(jù)《 流體力學（上） 》 P177，公式 （ 4109） ， 熱流量為 Q i = mi Cpi (T1－ T2) = 09 （ 148－ 42） =10 5 kJ/h = 105 W 根據(jù)《傳熱傳質過程設備設計》 P15，公式 111， mt? = 12211221ln)()(tTtTtTtT????? = Ai(0℃ ,1atm)=℃ 由于 管程氣體壓力較高，故可選較大的 總傳熱系數(shù) 。 空氣密度校 正， 由《化工原理實驗》 P31，公式 236 得： ρ i＝ T27327339。m 1℃ 1） 空氣 105 水在 29℃的物性數(shù)據(jù)如下： 物性 密度 ρ o （ kg/m3） 定壓 比熱容 cpo [kJ/(kg℃ )] 粘度 μ o （ Pa s） （ W運用內插法 （公式為? ?( ) /( )b a b a b a v g by y y y t t t t? ? ? ? ? ? ） ,可得 殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù) 。 確定主要物性數(shù)據(jù) 可取流體進出口溫度的平均值。 安裝方式 空氣壓縮機后冷卻器設計 設計 說明書 第 2 頁 共 18 頁 冷卻器是小型冷卻器，采用臥式較適宜。本設計中，假設熱空氣的流速為 8 m s1；冷卻水的流速范圍為 ～ m （ 3） 熱空氣走管內，可以提高熱空氣流速增大其對流傳熱系數(shù)，因為管內截面積通常比管間小，而且管束易于采用多管程以增大流速。熱空氣和冷卻水逆向流動換熱。 本設計中的 固定管板式 換熱器采用的材料為鋼管 (20R鋼 )。另外， 固定管板式 換熱器具有單位體積傳熱面積大，結構緊湊、堅固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強，操作彈性大， 結構簡單 ， 造價低廉， 且適用于高溫、高壓的大型裝置中。空氣壓縮機后冷卻器設計 設計 說明書 第 1 頁 共 18 頁 一、 設計任務書 （ 1） 空氣處理 12 m3/min ,操作壓強 MPa（絕對壓） 空氣進口溫度 147 ℃，終溫 40 ℃ （ 2）冷卻劑 ：常溫下的水 (進出口溫度自己選擇 ) 初溫： 25 ℃ ，終溫： 33 ℃，溫升 5— 8 ℃ （ 3）冷卻器壓降 1m 水柱 二、確定設計方案 選擇換熱器的類型 本設計中空氣壓縮機的后冷卻器選用帶有折流擋板的 固定管板式 換熱器， 這種換熱器適用于 下列情況 ：①溫差不大；②溫差較大但是殼程壓力 較 ??；③殼程不易結構或能化學清洗。本次設計 條件滿足第②種情況。 采用折流擋板，可使作為冷卻劑的水容易形成湍流，可以提高對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。 流動方向及流速的確定 本冷卻器的管程走壓縮后的熱空氣，殼程走冷卻水。 根據(jù)的原則有 ： （ 1） 因為 熱空氣的操作壓力達到 ，而冷卻水的操作壓力取 ，如果熱空氣走管內可以避免殼體受壓，可節(jié)省殼程金屬消耗量； （ 2） 對于剛性結構的換熱器，若兩流體的的溫度差較大，對流傳熱系數(shù)較大者宜走管間，因壁面溫度與對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體溫度相近，可以減少熱應力，防止把管子壓彎或把管子從管板處拉脫。 查閱《 化工原理（上） 》 P201 表 4－ 9 可得到，熱空氣的流速范圍為 5～ 30 m s1。 s1，然后進行計算校核。 三、設計條件及主要物性參數(shù) 設計條件 由設計任務書可得設計條件如下 表 ： 類型 體積流量 （ 標準 m3/min） 進口溫度 （ ℃） 出口溫度 （℃） 操作壓力 （ Mpa） 設計壓力 （ Mpa） 空 氣（管內） 83 148 42 冷卻水（管外） － 25 33 注： 要求設計的冷卻器在規(guī)定壓力下操作安全，必須使設計壓力比最大操作壓力略大，本設計的設計壓力比最大操作壓力大 。管程氣體的定性溫度為 952 4214 8 ???T ℃ 殼程水的定性溫度為 292 3325 ???t ℃ 有關 物性數(shù)據(jù) 根據(jù) 由上面兩個定性溫度數(shù)據(jù)，查閱《化工原理（上） 》 P243的附錄六 ：干空氣的物理性質（ ）和 P244 的附錄七 ：水的物理 性質。 空氣在 95℃ ， ： 物性 密度 ρ i 定壓 比熱容 cpi 粘度 μ i 導熱系數(shù) λ i 空氣 水 水 空氣 參 數(shù) 空氣壓縮機后冷卻器設計 設計 說明書 第 3 頁 共 18 頁 （ kg/m3） [kJ/(kg℃ )] （ Pam 1 s） 導熱系數(shù) λ o （ W℃ 1） 水 104 注：空氣的物性受壓力影響較大，而水的物性受壓力影響不大。 ?PP＝ () 273/(273+95)＝ kg 初步設定 設 Ki‘ =200 W℃ 1。 ????? i iK QS m2 根據(jù)《傳熱傳質過程設備設計》 P15，公式 18 mo = 20620 )(512??? ??? ）（ttc Qpoi kg/h 構件 的工藝結構尺寸 管徑和管內流速 選用 φ 25 (碳 鋼管 )；由 《傳熱傳質過程設備設計》 P7表 1－ 3 得管殼式 換熱器中常用的流速范圍 的數(shù)據(jù)，可設 空氣流速 ui＝ 8m/s，用 u i 空氣壓縮機后冷卻器設計 設計 說明書 第 4 頁 共 18 頁 計算傳熱膜系數(shù)，然后進行校核?，F(xiàn)取傳熱管長 l= 3 m ， 則該換熱器管程數(shù)為 Np=L / l=≈ 2（管程） 傳熱管總根數(shù) N = 632= 126 （根） 。 傳熱管 的 排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。 查《熱交換器原理與設計》 P46，表 23 管間距，取